面向设计重用的三维CAD模型检索

摘要

CAD技术的蓬勃发展和广泛应用为新产品的设计提供了丰富的数字资源，合理地重用这些资源能有效地缩短产品开发周期、降低产品成本并提高产品质量。但是由于三维CAD模型具有十分复杂的几何形状和拓扑结构，而设计重用的初始阶段用户对目标模型掌握的信息又非常有限，因此，如何使设计人员能够从海量的CAD模型中快速、准确地找到合适的可重用模型或局部区域，从而辅助他们利用这些资源高效地设计出满足要求的新产品已成为当前迫切需要解决的挑战性问题。本文正是针对这一问题，以支持设计重用为目标，对三维CAD模型的全局检索及局部检索展开研究。
　　 论文的主要工作包括以下几个方面：
　　 (1)提出一种面向设计重用的三维CAD模型层次表征及匹配方法，支持设计阶段的多种全局检索及重用．首先提出了层次图及层次图匹配的概念，介绍了三维CAD模型多分辨率蔓延骨架的提取方法；然后提出了有效表征三维CAD模型整体形状、局部细节及它们之间关联关系的层次图表征方法，并基于三维CAD模型的多分辨率蔓延骨架给出了层次图的自动构建方法；最后研究并提出了一种“上层指导下层、下层约束上层”的、由粗到细逐层匹配的层次图匹配方法，并给出了基于层次图匹配的三维CAD模型相似评价方法．分层表征及逐层匹配的思想使该方法具有很大的灵活性：既可以支持由简单查询实例到包含更多细节信息的完整三维CAD模型的全局检索，又可以支持精确的全局检索。
　　 (2)提出一种面向设计重用的三维CAD模型可重用区域提取及表征方法，支持设计阶段的高质量局部检索及重用．首先从产品设计的角度出发分析了三维CAD模型中具有设计重用价值的局部区域的特点，给出了三维CAD模型中具有设计重用价值局部区域的提取原则；然后依据该原则，以三维CAD模型的边界表示模型为输入，构建其设计特征模型，并以此为基础给出了可重用区域的自动提取方法；最后通过分析设计重用阶段三维CAD模型局部检索的特点，引入了局部匹配区域的概念，提出了基于局部匹配区域的可重用区域层次式表征方法。利用该方法提取的可重用区域及其层次式表征为面向设计重用的局部检索提供了合理的检索对象及其灵活的形状描述符。
　　 (3)提出一种面向设计重用的三维CAD模型多模式局部检索方法，支持设计阶段方便灵活的局部检索．首先分析了产品设计阶段的局部检索需求，依据用户可以提供的查询实例和其希望检索的目标模型之间的差异程度，设计了三种不同的检索模式；然后以可重用区域及其层次式表征为局部检索对象及其形状描述符，提出了多模式索引、多模式匹配和相似评价策略，实现了多模式的局部检索，满足设计阶段多种多样的局部检索需求。
　　 基于以上研究成果，实现了一个面向设计重用的三维CAD模型检索原型系统ZD—DRCMRS，并给出了相应的实验结果，包括全局检索测试结果、局部检索测试结果及面向设计重用的三维CAD模型检索结果在产品设计中的应用实例，验证本文的主要思想。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第1章绪论

1.1引言

1.2 CAD技术

1.2.1 CAD技术发展现状

1.2.2 CAD技术发展趋势

1.3基于内容的三维模型检索技术

1.3.1形状描述符的提取

1.3.2相似评价

1.3.3高维索引

1.3.4相关反馈

1.3.5用户检索界面

1.3.6检索性能的评价

1.4现有的基于内容三维模型检索方法

1.4.1基于几何信息的三维模型全局检索方法

1.4.2基于拓扑结构的三维模型全局检索方法

1.4.3基于高层语义的三维模型全局检索方法

1.4.4基于内容的三维模型局部检索方法

1.5三维CAD模型检索中存在的问题

1.6本文的研究目标及研究内容

第2章基于层次图的三维CAD模型相似评价

2.1引言

2.2基本概念和方法概述

2.2.1基本概念

2.2.2方法概述

2.3三维CAD模型蔓延骨架层次图的构建

2.4层次图的高效匹配与相似评价

2.4.1层次图匹配原则

2.4.2层次图匹配算法

2.4.3层次图的相似评价

2.4.4层次图匹配算法分析

2.5实例

2.5.1层次图匹配实例

2.5.2层次图匹配实验与分析

2.6本章小结

第3章三维CAD模型可重用区域的提取与表征

3.1引言

3.2基本概念和方法概述

3.2.1基本概念

3.2.2方法概述

3.3可重用区域的提取

3.3.1.可重用区域的确定原则

3.3.2可重用区域的提取算法

3.3.3可重用区域提取算法的确定性及稳定性分析

3.4可重用区域的层次表征

3.4.1局部匹配区域

3.4.2局部匹配区域的确定算法

3.4.3基于局部匹配区域的可重用区域层次表征

3.5实例

3.6本章小结

第4章面向设计重用的三维CAD模型多模式局部检索

4.1引言

4.2面向设计重用的三维CAD模型局部检索模式

4.3查询实例的输入及表征

4.4局部检索中的多模式过滤

4.4.1.位图索引

4.4.2局部匹配区域位图索引的构建

4.4.3基于位图索引的多模式过滤

4.5基于层次描述符的多模式匹配和相似评价

4.5.1精确的多模式匹配和相似评价

4.5.2非精确的多模式匹配和相似评价

4.6多模式局部检索方法的性能分析

4.6.1检索能力分析

4.6.2检索效率分析

4.7本章小结

第5章面向设计重用的三维CAD模型检索原型系统

5.1引言

5.2 ZD-DRCMRS原型系统的软硬件环境

5.3 ZD-DRCMRS系统结构与功能组件

5.4 ZD-DRCMRS的界面设计

5.5实例测试与分析

5.5.1全局检索测试与分析

5.5.2局部检索测试与分析

5.5.3 ZD-DRCMRS在产品设计中的应用实例

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

作者简历及在学期间所发表的论文